Терміни й поняття: цитоплазма, органели, ендоплазматична сітка, рибосома, комплекс Гольджі, лізосома, мікротільця, вакуолі, включення.
Цитоплазма — основна за об’ємом частина тваринної чи рослинної клітини, яка розташована між клітинною мембраною та оболонкою ядра і є безбарвною напіврідкою речовиною, що містить чимало різноманітних органел — структур клітини певного функціонального призначення (іл. 11.1). Насправді цитоплазма єскладною системою відсіків, каналів, лабіринтів, утворених плазматичною мембраною, що занурені в щільну напіврідку речовину — матрикс цитоплазми. Цитоплазма клітини перебуває впостійному русі.
Іл. 11.1. Схема будова тваринної клітини:
1 — гладенька ендоплазматична сітка;
2 — цитоплазма; 3 — лізосома; 4 — ядро;5 — ядерце; 6 — центріолі; 7 — гранулярнаендоплазматична сітка; 8 — мітохондрія;9 — зовнішня клітинна мембрана; 10 —комплекс Гольджі; 11 — рибосоми
Сучасні дані, отримані за допомогою електронного мікроскопа, довели, що цитоплазма має чітку структуру, основою якої є система зв’язаних одна з одною плазматичних мембран, які утворюють різноманітні відсіки. Що зумовлює такубудову цитоплазми еукаріотів?
У живій клітині щосекунди відбуваються тисячі хімічних реакцій. Причому часто перетворення тих самих речовин мають протилежний характер (зокрема — у клітинах рослинпри фотосинтезі утворюється глю-
коза, яка під час дихання розкладається). Це потребує розмежування біохімічних процесів у просторі.
Саме тому цитоплазма еукаріотної клітини — це не безформна протоплазма, а структурно впорядкована система. Необхідність чіткого поділу цитоплазми клітини на функціональні відсіки зумовлена ще й багатоступеневістю реакцій обміну речовин, що вимагає їх певної послідовності.
Продукт, отриманий у результаті першої ферментативної реакції, миттєво взаємодіє з іншим ферментом — вступає в наступну реакцію. Тому ферменти,що каталізують реакції того самого метаболічного циклу, зібрані у клітині в одному місці, а не розкидані по всій цитоплазмі. Для цього мембрани розділяютьцитоплазму клітини на функціональні відсіки, у яких і міститься набір ферментів. Принцип поділу цитоплазми клітини на функціональні відсіки є обов'язковим для кожної клітини еукаріотів.
Організація цитоплазми прокаріотної клітини. На відміну від клітин грибів, рослин і тварин у бактеріальних клітин цитоплазма не поділяється на функціональні відсіки.
Це означає, що в прокаріотних клітинах відсутні такі органели, як ендоплазматична сітка, апарат Гольджі та його похідні, немає вакуоль. У результаті більшість біохімічних реакцій, що протікають у бактерії, відбуваються на внутрішній поверхні клітинної мембрани, а не в товщі цитоплазми. Це робить обмін речовиннеефективним, порівняно з клітинами еукаріотних організмів, адже для цього останні використовують весь об'єм клітини.
Органели — складові цитоплазми.
Ендоплазматична сітка. Усі клітини рослин, грибів та тварин неодмінно містять складну систему переплетених мембран, які сполучаються між собою. Ці мембрани поділяють цитоплазму на функціональні відсіки, а також формують уцитоплазмі порожнини. Усе це разом називають ендоплазматичною сіткою (ЕС)(іл. 11.1, 11.2). Вона має різноманітну конфігурацію і може утворювати мішечки, трубочки та пухирці. Основна їїфункція — синтез і транспортування речовини в клітині, тому форма й розмірEC значною мірою визначаються функціональним станом клітини.
Іл. 11.2. Гладенька (а) та шорстка (б) ендоплазматична сітка; 1 — ядро;
2 — ядерна оболонка; 3 — рибосоми
EC складається з одного шару клітинної мембрани, яка має таку ж будову, що й зовнішня клітинна мембрана. Вона єодночасно безпосереднім продовженнямзовнішньої мембрани та ядерної оболонки. Таким чином, по каналах EC речовини, що синтезовані в ядрі, надходять до цитоплазми, а високомолекулярні сполукицитоплазми можуть виводитись за межі клітини, наприклад, формуючи клітиннуоболонку рослин чи глікокалікс тварин.
Відповідно до того, чи має ЕС на зовнішній поверхні особливі органоїди рибосоми (від рибонуклеїнова кислота і грец. сома — тіло), її поділяють на два типи: гладеньку та шорстку, на якій помітно багато точок (це і є рибосоми) (іл. 11.2).
Рибосоми — це органели, що побудовані лише з рРНК і білків. Вони є обов'язковими для будь-яких клітин, у тому числі й прокаріотних. Найбільше рибосом, кількість яких може коливатися від 1 тис., у тих клітинах, де найбільш активно протікають життєві процеси. їх біологічна функція полягає в синтезі білків. Рибосомиможна роздивитись лише в електронний мікроскоп. Кожна рибосома складається здвох різних за розміром частин (іл. 7.4). Окремі рибосоми можуть з'єднуватись угрупи — полісоми (від грец. полі — багато і сома).
Шорстка ЕС розвинена у клітинах, у яких синтезується багато білка, тому було зроблено висновок, що вона безпосередньо пов'язана з процесом синтезу й транспортування білка. Гладенька ЕС побудована з трубочок і пухирців меншого діаметра, ніж шорстка, її функції у клітині різноманітніші. Зокрема, вона бере участь усинтезі ліпідів, які використовуються для утворення клітинної мембрани та їх транспортування. Крім того, гладенька ЕС здатна виконувати функцію насоса, наприклад,перекачувати з однієї частини клітин поперечносмугастих м'язів до іншої йони Са2+.
Отже, ЕС — дуже важлива органела, що міститься в кожній еукаріотній клітині; її функціональне призначення полягає в синтезі й транспортуванні речовин всередину клітини та за її межі. Ц,е динамічна система мембран, котрі легко руйнуються й швидко відновлюються. Видозмінюючись, ЕС пристосовує клітину до виконаннярізноманітних функцій.
Іл. 11.3. Схема будови комплексу Гольджі
Комплекс Гольджі (КГ). Свою назву органела отримала на честь італійського вченого Камілло Гольджі (1843-1926), який її відкрив.
Комплекс Гольджі можна побачити у світловий мікроскоп. Ц,е система елементарних мембран і невід’ємний компонент усіх еукаріотних клітин.
Установлено, що КГ та EC пов’язані між собою. В електронний мікроскоп видно, що КГ має вигляд купки розташованих паралельно одна до одної порожнин — цистерн, яких може бути відп’яти до десяти (іл. 11.3). Вони розміщуються на однаковій відстані одна відодної, найчастіше мають зігнуту форму й обмежені спільною оболонкою. Уцистернах накопичуються білки та іншіречовини, синтезовані у клітині. Крімтого, КГ є своєрідним «перевальним пунктом» для речовин, що надходять до клітини і, навпаки, виходять з неї.
Основні функції КГ полягають у накопиченні білків і полісахаридів, їх укладанні й транспортуванні всередину клітини та за її межі, яке здійснюється завдяки постійному руху цитоплазми.
Лізосоми (від грец. лізис — розпад і сома — тіло) — це невеликі округлі тільця, розташовані у цитоплазмі клітини (іл. 11.1). їх можна побачити лише в електронний мікроскоп. За походженням лізосоми — це ті самі пухирці, що відщепилися від комплексу Гольджі або ендоплазматичної сітки і є порожнинами, заповненимитравними ферментами та обмеженими одним шаром клітинної мембрани. Лізосоми містять речовини, здатні розщепити й перетравити будь-які білки. Завдяки цимферментам, зібраним в один органоїд, відбувається клітинне травлення, за якогоклітина розкладає складні для засвоєння речовини. Для перетравлення піноцитоз-ної або фагоцитозної частинки лізосома обволікає її, утворюючи вторинну лізосо-му. Крім того, за допомогою лізосом клітина захищається від вірусів та бактерій.
Мікротільця — це округлі органели, що походять від ендоплазматичної сітки. Це не що інше як різноманітні ферменти, що перебувають у сухому кристалічному стані й оточені одним шаром клітинної мембрани. Живуть ці органели недовго — не більше шести діб. Основна функція мікротілець полягає в чіткомупросторовому розмежуванні реакцій, що відбуваються в клітині.
Особливе значення мають ферменти мікротілець, що руйнують молекули гідроген пероксиду (Н,0,) — речовини, яка у високій концентрації є отрутою для будь-якої клітини. Невипадково ці органоїди ще називають пероксисомами.
Вакуолі — органели, найбільш характерні для зрілих рослинних клітин. Це округлі порожнини цитоплазми, обмежені одним шаром клітинної мембрани, щозаповнені спеціальним розчином. їх оточує один шар клітинної мембрани. Вакуолідобре видно у світловий мікроскоп (іл. 11.4).
Іл. 11.4. Мікрофотографія рослинної клітини: 1 — клітинна стінка; 2 — вакуоля; 3 —ядро; 4 — міжклітинний простір; 5 — хлоропласт
У деяких рослинних клітинах вакуоля займає 90 % об’єму цитоплазми.
Основне призначення вакуоль — підтримувати тургор і забезпечувати середовище для накопичення розчинних у воді речовин. До тогож вакуолі можуть бути місцем, де накопичуються кінцеві продукти хімічних реакцій.
В одноклітинних тварин типу Найпростіші є специфічні вакуолі — скоротлива й травна.
Клітинні включення. Це особливі компоненти клітини. Вони не є органелами та не належать до числа сталих структур цитоплазми клітини.
Відповідно до функціонального стану клітини включення то зникають, то з’являються знову. їх легко побачити у світловий мікроскоп. Зовні включення мають вигляд цупких зерняток, крапельок або кристаликів. Включення утворюютьсяз речовин, отриманих у результаті біологічного синтезу. Ці речовини — крапелькижиру, зерна крохмалю і глікогену, кристалики білка — відкладаються у цитоплазміпро запас. Найбільше включень запасних речовин у клітинах людини зосередженоу печінці та підшкірній жировій клітковині, а в яйцеклітинах тварин відкладають-
ся переважно білки. У рослинних клітинах також чимало включень, наприклад, у клітинах бульб картоплі накопичується значна кількість крохмалю (іл. 11.5).
Іл. 11.5. Клітинні включення:
а — складне крохмальне зерно (К) у клітині нектарника квітки огірка; б — кристали оксалату кальцію (ОК) у клітинах листка елодеї; в — ліпідні краплі (ЛК) у трахеїді ялини
У кожній клітині рослин, тварин, грибів у цитоплазмі існує єдина мембранна система клітини, з якої формується ціла низка органел: ендоплазматична сітка, комплекс Гольджі, лізосоми, включення та вакуолі.
Мембранні органели пов’язані між собою структурно й функціонально та мають спільне походження.
Основні функції мембранної системи клітини: 1) розмежування цитоплазми на функціональні відсіки, у яких відбуваються різні хімічні перетворення; 2) транспортування речовин з однієї частини клітини до іншої, яке здійснюється завдяки безперервному руху мембран.До складу цитоплазми також входять особливі органели, тіло яких не побудоване з плазматичної мембрани. Це рибосоми — особливі органоїди, що складаються з білків і рРНК;їх функція — синтез білків. Також до складу цитоплазми входять різноманітні включення:крапельки жирів, скупчення білків та зернятка полісахаридів, що є резервами клітини.
1. Що є структурною основою органел цитоплазми? 2. Чим відрізняються будова й функції гладенької та шорсткої ендоплазматичних сіток? 3. Як сполучаються між собою комплекс Гольджі та ендоплазматична сітка? 4. Чому клітинам потрібнітравні ферменти? 5. За якого стану клітини збільшується кількість включень?
• У який спосіб клітина запобігає самоперетравленню?
Це матеріал з підручника Біологія 9 клас Межжерін